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초고감도 유전자 검출이 가능한 다가 단백질 광학센서 개발
나노바이오 융합기술 기반 정밀 질병진단 활용 기대
특허뉴스 박진석기자 기사입력  2017/12/22 [10:54]

순수 국내연구진이 이중가닥 유전자에만 선택적으로 결합하는 *다가(Multivalent)형태의 단백질을 합성하고, 이를 금 나노선 광학센서에 적용하여 초고감도로 유전자를 검출하는데 성공하였다. 이 기술은 향후 다양한 바이오마커 검출을 위한 **단백질 프로브와 이를 활용한 고감도, 고특이 질병진단기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
* 다가 형태의 단백질 : 같은 단백질 여러 개가 연결되어 있는 다중 형태의 단백질 구조체
** 단백질 프로브 : 바이오마커에 특이적으로 결합하여 검출을 가능하게 하는 단백질
 
한국생명공학연구원(이하 생명연) 위해요소감지BNT연구단 강태준 박사와 KAIST 화학과 정용원, 김봉수 교수 연구팀(교신저자: 정용원/강태준/김봉수, 제1저자: 이정민/황아름)이 수행한 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 글로벌프론티어사업 바이오나노헬스가드연구의 지원으로 수행되었고, 화학분야의 세계적인 저널인 앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition, IF=11.994) 10월 25일자 온라인 판에 게재되었다.
(논문명 : Multivalent Structure-Specific RNA Binder with Extremely Stable Target Binding but Reduced Interactions to Nonspecific RNAs)
 
연구팀은 단백질 공학과정을 통해 이중가닥 유전자와 특이적으로 결합하는 다가형태 단백질을 최초로 합성하였고, 실제로 이 단백질이 이중가닥 유전자에 대해 매우 높은 결합력을 가짐을 확인하였다. 하지만 동시에 이 단백질이 단일가닥 유전자에 대한 비특이적인 결합력도 증가하여 유전자 검출에 문제점을 보이는 현상도 발견하였다.
 
이러한 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 개발된 다가형태 단백질의 표면 전하를 조절하여, 표적 유전자에 대해서는 매우 특이적으로 결합하고 비표적 유전자에 대해서는 거의 완벽하게 결합하지 않는 최적의 다가형태 단백질을 개발하였다.
 
연구팀은 최적화된 다가형태 단백질을 금 나노선 광학센서에 적용하여 ***아토몰라(Attomolar) 농도 수준의 유전자 검출에 성공하였다.
*** 아토몰라 농도 : 1리터 용매에 6.02×105개의 유전자만이 존재하는 극히 낮은 농도
 
최적화된 다가형태 단백질과 금 나노선 광학센서를 융합하여, 질병진단 바이오마커로 사용될 수 있는 유전자를 초고감도로 검출하는데 성공한 것이다. 특히, 여러 개의 유전자를 동시 검출할 수 있음을 보여, 이 기술의 질병진단 센서로의 가능성을 확인하였다.
 
즉, 이중가닥 유전자와 결합하는 다가형태 단백질을 최초로 합성하고, 이 단백질의 전하를 조절함으로써 검출능력을 극대화하였으며, 이를 금 나노선 광학센서에 적용하여 질병진단용 유전자를 아토몰라 농도 수준으로 검출할 수 있었다는 것이다.
 
연구책임자인 강태준 박사는 “동 연구성과는 다가 상호작용을 이용하여 이중가닥 유전자에 강한 결합력을 가지는 신규 단백질 프로브를 개발하고, 또한 단백질의 표면 전하 개질을 통해 비특이적인 결합을 어떻게 감소시킬 수 있는지를 보여준 것”이라며 “이러한 연구 결과는 다양한 바이오마커에 특이적으로 결합하는 단백질 프로브 개발과 이를 활용한 고감도, 고특이 질병진단기술 개발에 큰 기여를 할 것으로 기대된다“고 밝혔다.
    
▲     ©특허뉴스

그림설명 : 암 치료에서 작은 변이의 임상적 중요성 확인
진행성 폐암환자가 소량의 EGFR T790M 변이에 대한 맞춤 항암 치료를 받은 후 컴퓨터 단층 촬영을 통해 호전을 확인
   

▲     © 특허뉴스

그림설명 : EGFR T790M 변이에 대한 맞춤치료를 받은 폐암환자 65명에서 유전변이 5% 이하군과 5% 초과군 간에 무진행 생존율의 차이가 없었음.

기사입력: 2017/12/22 [10:54]  최종편집: ⓒ e-patentnews.com
 
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